KR101936519B1

KR101936519B1 - 풍력을 이용한 부유형 물 순환장치

Info

Publication number: KR101936519B1
Application number: KR1020170098374A
Authority: KR
Inventors: 김영남
Original assignee: 김영남
Priority date: 2017-08-03
Filing date: 2017-08-03
Publication date: 2019-01-08

Abstract

본 발명은 강이나 저수지 등과 같은 정체된 물의 수질 개선을 위해 수면에 자유롭게 떠다니며 풍력으로 물을 순환시키는 풍력을 이용한 부유형 물 순환장치에 관한 것으로서, 부유체와, 중심축과, 풍력발생부와, 한 쌍의 구동축과, 한 쌍의 수차부를 포함한다. 부유체는 내부가 빈 함체 형상으로, 수면 위를 자유롭게 떠다니게 설치된다. 중심축은 부유체의 상부를 관통하여 부유체에 회전 가능하게 결합된다. 풍력발생부는 중심축이 풍력에 의해 회전되도록 중심축의 상단부에 방사상으로 결합되어 바람을 맞는 복수의 바람받이로 이루어진다. 한 쌍의 구동축은 부유체의 양측을 관통하여 회전 가능하게 각각 결합되고, 중심축의 회전력을 전달받아 서로 같은 방향으로 회전한다. 한 쌍의 수차부는 한 쌍의 구동축의 단부에 각각 결합되어 구동축과 함께 회전되면서 같은 방향으로 물을 밀어낸다.

Description

풍력을 이용한 부유형 물 순환장치{A device that circulates water using wind power in a floating state}

본 발명은 풍력을 이용한 부유형 물 순환장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 강이나 저수지 등과 같은 정체된 물의 수질 개선을 위해 수면에 자유롭게 떠다니며 풍력으로 물을 순환시키는 풍력을 이용한 부유형 물 순환장치에 관한 것이다.

일반적으로, 물이 흐르는 하천, 바다에 비해 물이 흐르지 않는 저수지, 호수, 연못, 양식장은 물속에 산소 공급이 제대로 이루어지지 않기 때문에 수질이 급속하게 나빠지고 자체적으로 정화되지 못하는 특징이 있다.

최근, 이슈화되고 있는 4대강의 녹조 현상도 물의 유속 저하(정체)가 주원인으로 밝혀지고 있다.

이러한 정체된 물의 수질을 개선하기 위한 목적으로 다양한 장치와 방법들이 개발되어 왔다. 창포나 부들과 같은 수생식물을 이용하는 생태적 방법, 수질정화용 약품을 물에 투입하는 화학적 방법, 물속에 공기방울을 대량 발생시켜 물과 공기를 접촉시키는 수중 폭기장치, 수차를 이용하여 수면과 가까운 표층의 물을 강제적으로 순환시키는 물 순환장치(수면 폭기장치라도 함) 등이 개발되어 왔다.

이 중, 수차를 이용하여 물을 강제적으로 순환하는 물 순환장치와 관련된 기술이 대한민국 등록특허공보 제10-1084061호('호수 정화장치')에 개시되어 있다. 종래의 '호수 정화장치'는 물속에 일정깊이 잠긴 상태에서 회전가능하게 설치되는 복수의 수차와, 수차의 주변 수중에 각각 설치되어 물을 직접적으로 순환시킴과 동시에 상기 수차를 회전시키는 이젝터 펌프를 포함하여 구성된다.

종래의 '호수 정화장치'는 펌프에 의한 물 순환작용과 수차에 의한 폭기 작용이 동시에 이루어짐으로써, 수중 용존산소량을 증대되고, 수차가 물레방아 형태로 되어 있기 때문에 호수의 경관이 보다 수려해지는 효과가 있었다.

하지만, 물레방아 형태로 된 수차의 중량이 무겁고 무게 중심이 높기 때문에 바람이나 파도에 뒤집히지 않도록 수중에 견고하게 고정할 필요가 있었다. 이 때문에 수차를 고정하기 위한 고정기둥을 호수의 바닥에 별도로 설치하는 등 시공 부담이 컸고, 물이 순환되는 영역이 수차가 고정된 주변영역에 국한된다는 문제점이 있었다.

또한, 펌프를 구동시키기 위해서는 별도의 전력이 필요하기 때문에, 주변에 전력 공급설비가 없는 경우에는 그 사용이 제한되었으며, 전기요금 등의 유지보수 부담이 추가적으로 발생한다는 단점이 있었다.

대한민국 등록특허공보 제10-1084061호(2011.11.10. 등록 공고, 발명의 명칭 : 호수 정화장치)

따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 비고정 형태로 수면 위를 안정적으로 떠다니며 무동력으로 물을 순환시킬 수 있고, 시공 부담이나 유지보수 부담이 없는 고효율의 물 순환장치를 제공하고자 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 풍력을 이용한 부유형 물 순환장치는, 내부가 빈 함체 형상으로, 수면 위를 자유롭게 떠다니는 부유체(100); 상기 부유체(100)의 상부를 관통하여 상기 부유체(100)에 회전 가능하게 결합되는 중심축(200); 상기 중심축(200)이 풍력에 의해 회전되도록 상기 중심축(200)의 상단부에 방사상으로 결합되어 바람을 맞는 복수의 바람받이(310)로 이루어진 풍력발생부(300); 상기 부유체(100)의 양측을 관통하여 회전 가능하게 각각 결합되고, 상기 중심축(200)의 회전력을 전달받아 서로 같은 방향으로 회전하는 한 쌍의 구동축(400); 및 상기 한 쌍의 구동축(400)의 단부에 각각 결합되어 상기 구동축(400)과 함께 회전되면서 같은 방향으로 물을 밀어내는 한 쌍의 수차부(500);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 풍력을 이용한 부유형 물 순환장치에 있어서, 상기 중심축(200)은, 상기 부유체(100)의 내부에 삽입된 삽입부분(201)과, 상기 삽입부분(201)에서 상기 부유체(100)의 상측으로 연장된 연장부분(202)으로 구분되고, 상기 한 쌍의 구동축(400)은 동일 축선 상에 설치되며, 상기 삽입부분(201)의 상반부에는, 제1 직경을 갖으며 이가 형성된 피치원추면이 하측을 향하도록 제1 주동 베벨기어(210)가 결합되고, 상기 삽입부분(201)의 하반부에는, 상기 제1 직경보다 큰 제2 직경을 갖으며 이가 형성된 피치원추면이 상측을 향하도록 제2 주동 베벨기어(220)가 결합되며, 상기 한 쌍의 구동축(400) 중 제1 구동축(401)의 단부에는, 상기 제1 주동 베벨기어(210)와 상기 제2 주동 베벨기어(220) 사이의 거리보다 짧은 직경을 갖으며 상기 제1 주동 베벨기어(210)와 제1 기어비로 교차되게 맞물리도록 제1 종동 베벨기어(410)가 결합되고, 제2 구동축(402)의 단부에는, 상기 제1 기어비와 동일한 기어비로 상기 제2 주동 베벨기어(220)와 교차되게 맞물리도록 제2 종동 베벨기어(420)가 결합되어 구성될 수 있다.

본 발명에 따른 풍력을 이용한 부유형 물 순환장치에 있어서, 상기 수차부(500)는, 상기 구동축(400)의 단부에 방사상으로 결합되는 다수의 지지대(510)와, 상기 구동축(400)의 회전방향과 반대방향으로 휘어지게 형성되어 상기 지지대(510)의 단부에 결합되는 다수의 날개편(520)을 포함하여 구성되고, 상기 날개편(520)은, 상기 지지대(510)에 결합되는 날개편(520)의 일측부터 수면에 연속적으로 접촉되면서 물을 밀어내도록 구성될 수 있다.

본 발명에 따른 풍력을 이용한 부유형 물 순환장치에 있어서, 상기 날개편(520)의 표면에는, 다수의 강성보강용 뼈대(521)가 돌출형성되고, 상기 강성보강용 뼈대(521) 사이에 물의 저항을 줄이기 위한 다수의 관통홀(522)이 형성될 수 있다.

본 발명에 따른 풍력을 이용한 부유형 물 순환장치에 있어서, 단면적이 점점 축소되는 유입유로(610)와, 상기 유입유로(610)와 연결되어 단면적이 일정하게 유지되는 오리피스 유로(620)와, 상기 오리피스 유로(620)와 연결되어 단면적이 점점 확대되는 배출유로(630)가 내부를 따라 연통형성되고, 바람이 불어오는 방향을 향해 자유롭게 회전되도록 상기 부유체(100)의 상부에 결합되는 오리피스 관체(600); 및 내부에 흡입유로(710)가 형성된 관으로, 일단부는 상기 오리피스 유로(620)와 연통되고, 타단부는 상기 부유체(100)를 관통하여 수중에 일정깊이로 잠기도록 설치되는 흡입관(700);을 더 포함하고, 상기 흡입관(700)의 흡입유로(710)에는, 수면과 동일 높이로 물이 채워지며, 바람이 상기 유입유로(610)를 통해 상기 오리피스 유로(620)를 통과하면, 바람의 유속이 증가하면서 상기 오리피스 유로(620) 내에 대기압보다 낮은 부압이 형성되고, 상기 부압에 의해 상기 흡입관(700)의 흡입유로(710)에 차있던 물이 상기 오리피스 유로(620)로 끌어 올려지고 상기 바람의 유동을 따라 상기 배출유로(630)로 토출되면서 수중에 있는 물이 강제적으로 순환될 수 있다.

본 발명에 따른 풍력을 이용한 부유형 물 순환장치에 있어서, 상기 부유체(100)의 양측면에는, 측면 전체영역 중 상기 한 쌍의 수차부(500)와 마주보는 중간영역이 내측으로 함몰된 수차부 공간홈(101)이 각각 형성되고, 상기 한 쌍의 수차부(500)는, 상기 수차부 공간홈(101) 내에 배치되며, 상기 부유체(100)는, 다수로 구성되고, 서로 종횡으로 조립되어 하나의 세트를 이룰 수 있다.

본 발명의 풍력을 이용한 부유형 물 순환장치에 따르면, 수면 위를 자유롭게 떠다니면서 풍력을 이용하여 물을 순환시킴으로써, 시공 부담이나 유지보수 부담없이 간편하게 수질을 개선시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 부유체가 납작한 형태로 제작되고 무게 중심이 낮게 설계됨으로써, 수면 위에서 안정적으로 자세를 유지할 수 있고, 오리피스 관체로 끌어 올려지는 물의 흡입 높이도 짧아짐으로써, 물 순환 효율이 그만큼 높아지는 효과를 얻을 수 있다.

특히, 수차부가 물을 같은 방향으로 밀어내기 때문에, 물 순환장치가 서로 종횡으로 조립되어 하나의 세트로 사용될 시에 수류가 서로 상쇄되지 않고 중첩됨으로써, 물 순환 효과가 극대화되는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력을 이용한 부유형 물 순환장치의 사시도.
도 2는 도 1의 풍력을 이용한 부유형 물 순환장치의 평면도.
도 3은 도 2의 A-A선에 따른 단면도.
도 4는 도 1의 풍력을 이용한 부유형 물 순환장치가 종횡으로 다수 조립된 상태를 나타낸 도면.
도 5는 도 1의 풍력을 이용한 부유형 물 순환장치에 포함된 날개편을 비교설명하기 위한 도면.
도 6은 도 1의 풍력을 이용한 부유형 물 순환장치에 의해 수중에 있는 물이 강제적으로 순환되는 원리를 설명하기 위한 도면.

이하, 본 발명에 따른 풍력을 이용한 부유형 물 순환장치의 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명과 관련하여 공지된 기술에 대한 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 공지된 기술에 대한 구체적인 설명을 생략한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력을 이용한 부유형 물 순환장치의 사시도이고, 도 2는 도 1의 풍력을 이용한 부유형 물 순환장치의 평면도이며, 도 3은 도 2의 A-A선에 따른 단면도이고, 도 4는 도 1의 풍력을 이용한 부유형 물 순환장치가 종횡으로 다수 조립된 상태를 나타낸 도면이며, 도 5는 도 1의 풍력을 이용한 부유형 물 순환장치에 포함된 날개편을 비교설명하기 위한 도면이고, 도 6은 도 1의 풍력을 이용한 부유형 물 순환장치에 의해 수중에 있는 물이 강제적으로 순환되는 원리를 설명하기 위한 도면이다.

도 1 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력을 이용한 부유형 물 순환장치는 강이나 저수지 등과 같은 정체된 물의 수질 개선을 위해 수면에 자유롭게 떠다니며 풍력으로 물을 순환시키는 풍력을 이용한 부유형 물 순환장치에 관한 것으로서, 부유체(100)와, 중심축(200)과, 풍력발생부(300)와, 한 쌍의 구동축(400)과, 한 쌍의 수차부(500)를 포함한다.

부유체(100)는 내부가 밀폐된 사각 함체 형상으로, 수면 위를 자유롭게 떠다니는 구성이다. 부유체(100)는 부식에 강한 스테인리스-스틸 재질로 제작되는 것이 바람직하며, 부유체(100)가 물에 쉽게 뜰 수 있도록 두께는 되도록 얇게 하는 것이 바람직하다.

수면 위를 떠다니는 부유체(100)의 무게 중심이 수면과 최대한 가깝도록 부유체(100)의 가로세로 면적은 넓게 하고 높이는 상대적으로 짧게 하여 납작한 형태로 제작하는 것이 수면에 떠 있는 부유체(100)의 자세 안정을 위해 유리하다. 부유체(100)의 크기는 부력을 결정하는 요소로서, 전체 중량을 고려하여 그 크기가 설계될 수 있다.

중심축(200)은 부유체(100)의 상부를 관통하여 부유체(100)에 회전 가능하게 결합된다. 중심축(200)은 도 3에 도시된 바와 같이 부유체(100)의 내부에 삽입된 삽입부분(201)과, 삽입부분(201)에서 부유체(100)의 상측으로 연장된 연장부분(202)으로 구분될 수 있다.

중심축(200)이 흔들리지 않도록 삽입부분(201)의 양단은 수밀용 고무씰이 장착된 베어링(미도시)을 매개로 부유체(100)의 상하부에 각각 회전가능하게 결합되는 것이 바람직하다.

풍력발생부(300)는 중심축(200)의 상단부에 결합되는 원형 허브(308)와, 원형 허브(308)에서 방사상으로 연장되는 다수의 연결대(309)와, 연결대(309)의 단부에 결합되어 바람을 맞는 복수의 바람받이(310)로 구성된다. 복수의 바람받이(310)는 오목하게 패인 반구형으로, 바람에 저항하며 중심축(200)을 기준으로 일방향으로 회전하게 되고, 이와 일체로 결합된 중심축(200)이 같은 방향으로 회전하게 된다.

풍력발생부(300)는 풍력발전기의 구조와 같이 프로펠러가 중심축(200)과 직각을 이루면서 바람을 정면에서 맞는 구조가 적용될 수도 있다. 하지만, 수직을 이루는 프로펠러 축(미도시)과 중심축(200)을 상호 연동시키기 위한 교차 기어와, 프로펠러 축이 고정될 수 있고 중심축(200)을 내부에 수용하기 위한 기둥하우징 등의 구성이 추가적으로 필요하게 된다. 따라서, 부품수 및 중량 절감 측면에서 풍력발생부(300)는 복수의 바람받이(310)가 중심축(200)을 직접적으로 회전시키는 풍력 변환 구조가 적용되는 것이 바람직하다.

한 쌍의 구동축(400)은 도 1 또는 도 3에 도시된 바와 같이 부유체(100)의 양측을 관통하여 회전 가능하게 각각 결합되고, 중심축(200)의 회전력을 전달받아 서로 같은 방향으로 회전된다. 이후 여기에 결합되는 한 쌍의 수차부(500)가 수중에 동일 깊이로 상호 대칭되게 잠길 수 있도록 한 쌍의 구동축(400)은 서로 동일 축선 상에 설치되는 것이 바람직하다.

부유체(100)는 자세 안정을 위해 납작한 형태로 제작되어 상하 폭이 상대적으로 좁게 제작되는 바, 중심축(200)의 삽입부분(201)의 길이도 그만큼 짧아지게 되는데, 이러한 협소한 공간과 짧은 길이 조건에서 동일 축선 상에 있는 한 쌍의 구동축(400)을 서로 같은 방향을 회전시키기 위해 중심축(200)과 한 쌍의 구동축(400)은 다음과 같은 동력 전달 구조로 구성된다.

먼저, 삽입부분(201)의 상반부에는 제1 직경을 갖으며 이가 형성된 피치원추면이 하측을 향하도록 제1 주동 베벨기어(210)가 결합되고, 삽입부분(201)의 하반부에는 제1 직경보다 큰 제2 직경을 갖으며 이가 형성된 피치원추면이 상측을 향하도록 제2 주동 베벨기어(220)가 결합된다.

제1 주동 베벨기어(210)의 직경을 제2 주동 베벨기어(220)의 직경보다 크게 할 수도 있으나, 크기가 큰 베벨기어를 부유체(100)의 하측에 배치하여 부유체(100)의 무게 중심이 최대한 낮아지도록 하는 것이 안정된 자세 유지 측면에서 바람직하다.

한 쌍의 구동축(400) 중 제1 구동축(401)의 단부에는 제1 주동 베벨기어(210)와 제1 기어비(가속기어비)로 교차되게 맞물리도록 제1 종동 베벨기어(410)가 결합된다. 제1 종동 베벨기어(410)가 제2 주동 베벨기어(220)에 닿지 않도록 제1 종동 베벨기어(410)의 직경은 제1 주동 베벨기어(210)와 제2 주동 베벨기어(220) 사이의 거리(r)보다 짧아야 한다.

한 쌍의 구동축(400) 중 제2 구동축(402)의 단부에는 제1 기어비와 동일한 기어비로 제2 주동 베벨기어(220)와 교차되게 맞물리도록 제2 종동 베벨기어(420)가 결합된다.

즉, 'ㄱ'자 형태로 이루는 제1 주동 베벨기어(210)와 제1 종동 베벨기어(410)가 'ㄴ'자 형태를 이루는 제2 주동 베벨기어(220)와 제2 종동 베벨기어(420)의 공간 범위 내에 수용된 형태를 이루면서 부유체(100)의 상하 폭을 최소화할 수 있는 것이다. 또한, 베벨기어의 맞물림 기어비가 동일하기 때문에 양 구동축(400)이 서로 동일 방향, 동일 속도로 회전될 수 있다.

한 쌍의 수차부(500)는 한 쌍의 구동축(400)의 단부에 각각 결합되어 구동축(400)과 함께 회전되면서 같은 방향으로 물을 밀어내는 작용을 한다. 수차부(500)는 물을 밀어내면서 수류를 일으키는 순환 작용을 함과 더불어 수면을 때리면서 물을 공기에 접촉시키는 폭기 작용을 한다.

순환 작용에 의해 물이 한 장소에 정체되지 않고, 수차부(500)가 밀어내는 방향으로 수류가 형성된다. 수류가 형성되면 부영양화가 심한 물이 상대적으로 부영양화가 덜한 물과 혼합되면서 자체적으로 정화될 수 있다. 이와 함께, 순환되는 물이 불규칙적으로 뒤섞이면서 수중 용존산소량이 증가됨과 동시에 물속에 존재하는 무산소층이 제거됨으로써, 수질이 보다 향상될 수 있다. 흐르는 물이 고인 물보다 깨끗한 이유이다.

또한, 폭기 작용에 의해 물과 공기가 접촉됨으로써, 용존산소량이 증대될 수 있으며, 수차부(500)가 물을 때리는 과정에서 형성된 무수한 와류에 의해 수질 개선 효과가 더욱 증대될 수 있다.

이와 함께, 본 발명은 부유체(100)가 수면 위를 안정적으로 떠있기 때문에, 부유체(100)를 고정하기 위한 별도의 시공부담이 없고, 부유체(100)가 수면 위를 자유롭게 떠다니면서 수면의 한 영역에 국한되지 않고 전체 영역에 걸쳐 고르게 수질을 개선시킬 수 있으며, 별도로 외부 전원을 연결하여 동력을 공급하지 않고 풍력을 이용하여 물을 순환시키기 때문에 설치 장소의 제약이 없고, 전기세 등의 유지보수 소요가 발생하지 않는다는 장점이 있다.

특히, 본 발명은 도 4에 도시된 바와 같이 다수의 물 순환장치(1)가 서로 종횡으로 조립되어 하나의 세트로 사용될 수도 있는데, 한 쌍의 수차부(500)가 같은 방향으로 물을 밀어내기 때문에, 각각의 수차부(500)에서 발생한 수류가 서로 상쇄되지 않고 중첩됨으로써, 물 순환 작용이 극대화되는 효과를 얻을 수 있다.

이를 위해, 부유체(100)의 양측면 전체영역 중, 한 쌍의 수차부(500)와 마주보는 중간영역이 내측으로 함몰되어 수차부 공간홈(101)이 각각 형성되고, 한 쌍의 수차부(500)는 서로 간섭되지 않도록 수차부 공간홈(101) 내에 배치된다.

여기서 수차부(500)는 도 5에 도시된 바와 같이 구동축(400)의 단부에 방사상으로 결합되는 다수의 지지대(510)와, 지지대(510)의 단부에 결합되는 다수의 날개편(520)을 포함하여 구성된다.

만약, 날개편(520)이 도 5의 (a)의 좌측에 도시된 바와 같이 평판 형상이면, 날개편(520)의 전체 면이 동시에 수면에 닿으면서 상대적으로 큰 저항력을 받게 되는데, 수차부(500)에 전달된 회전력(풍력)보다 상기 저항력이 더 크면 수차부(500)가 제대로 회전될 수 없다. 따라서, 날개편(520)을 도 5의 (a)의 우측에 도시된 바와 같이 구동축(400)의 회전방향과 반대방향으로 휘어지게 형성하여 날개편(520)의 일측부터 수면에 연속적으로 접촉되면서 물을 밀어내게 하는 것이 바람직하다.

물의 저항을 받는 날개편(520)의 강성을 보강하고, 날개편(520)이 받는 저항이 줄어들 수 있도록, 날개편(520)의 표면에는 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이 다수의 강성보강용 뼈대(521)가 돌출형성될 수 있고, 강성보강용 뼈대(521) 사이에는 물의 저항을 줄이기 위한 다수의 관통홀(522)이 형성될 수 있다.

이와 같이 수차부(500)는 수면과 가까운 표층수를 순환시키는 작용을 하는데, 수중의 심층수를 수면으로 끌어올려 수질 개선효과를 더욱 높일 수도 있다. 이를 위해 오리피스 관체(600)와 흡입관(700)이 더 포함되어 구성된다.

오리피스 관체(600)는 도 6에 도시된 바와 같이 단면적이 점점 축소되는 유입유로(610)와, 유입유로(610)와 연결되어 단면적이 일정하게 유지되는 오리피스 유로(620)와, 오리피스 유로(620)와 연결되어 단면적이 점점 확대되는 배출유로(630)가 내부를 따라 연통형성되고, 바람이 불어오는 방향을 향해 자유롭게 회전되도록 부유체(100)의 상부에 회전가능하게 결합된다.

도시되지는 않았으나, 유입유로(610)를 배출유로(630)보다 길고 좁게 형성하고, 오리피스 유로(620)의 출구에 원통형의 연장관을 배출유로(630) 측으로 돌출되게 설치하여 부압이 더 크게 형성되도록 할 수 있다.

오리피스 관체(600)의 상측에는 화살표 형상처럼 생긴 풍향계(640)가 고정 설치될 수 있다. 풍향계(640)는 바람에 의해 바람 방향과 나란하게 회전되고, 오리피스 관체(600)가 풍향계(640)와 함께 회전되면서 바람 방향과 나란한 방향을 유지하게 된다.

흡입관(700)은 내부를 따라 흡입유로(710)가 형성된 관으로, 일단부는 오리피스 유로(620)와 연통되고, 타단부는 부유체(100)를 관통하여 수중에 일정깊이로 잠기도록 설치된다.

흡입관(700)의 흡입유로(710)에 물이 수면과 동일 높이로 차 있다가, 바람이 불면, 바람이 유입유로(610)를 통해 오리피스 유로(620)를 통과하게 되고, 이 과정에서, 바람의 유속이 증가하면서 대기압보다 낮은 부압이 오리피스 유로(620) 내에 형성되고, 상기 부압에 의해 흡입관(700)의 흡입유로(710)에 차있던 물이 오리피스 유로(620)로 끌어 올려져 바람의 유동을 따라 배출유로(630)로 토출된다. 수중에 있는 물이 수면으로 끌어올려져 강제적으로 순환되는 것이다.

이때, 부유체(100)가 납작한 형태이기 때문에, 물의 흡입 높이도 그만큼 짧아지게 되고, 바람이 상대적으로 약하게 불더라도 흡입유로(710)에 차있던 물이 오리피스 유로(620)로 쉽게 끌어 올려져 수면으로 배출될 수 있다. 물의 흡입 높이가 낮아지면서, 물 순환 효율이 높아지는 것이다. 이 또한, 풍력을 이용하는 것으로서, 설치 장소의 제약이 없고, 전기세 등의 유지보수 소요가 발생하지 않게 된다.

상술한 바와 같이 구성된 본 발명의 풍력을 이용한 부유형 물 순환장치는, 수면 위를 자유롭게 떠다니면서 풍력을 이용하여 물을 순환시킴으로써, 시공 부담이나 유지보수 부담없이 간편하게 수질을 개선시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

본 발명의 권리범위는 상술한 실시예 및 변형례에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.

1 : 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력을 이용한 부유형 물 순환장치
100 : 부유체
200 : 중심축
300 : 풍력발생부
400 : 한 쌍의 구동축
500 : 한 쌍의 수차부
600 : 오리피스 관체
700 : 흡입관

Claims

내부가 빈 함체 형상으로, 수면 위를 자유롭게 떠다니는 부유체(100);
상기 부유체(100)의 상부를 관통하여 상기 부유체(100)에 회전 가능하게 결합되는 중심축(200);
상기 중심축(200)이 풍력에 의해 회전되도록 상기 중심축(200)의 상단부에 방사상으로 결합되어 바람을 맞는 복수의 바람받이(310)로 이루어진 풍력발생부(300);
상기 부유체(100)의 양측을 관통하여 회전 가능하게 각각 결합되고, 상기 중심축(200)의 회전력을 전달받아 서로 같은 방향으로 회전하는 한 쌍의 구동축(400); 및
상기 한 쌍의 구동축(400)의 단부에 각각 결합되어 상기 구동축(400)과 함께 회전되면서 같은 방향으로 물을 밀어내는 한 쌍의 수차부(500);를 포함하고,
상기 부유체(100)의 양측면에는, 측면 전체영역 중 상기 한 쌍의 수차부(500)와 마주보는 중간영역이 내측으로 함몰된 수차부 공간홈(101)이 각각 형성되며,
상기 한 쌍의 수차부(500)는, 상기 수차부 공간홈(101) 내에 배치되며,
상기 부유체(100)는, 다수로 구성되고, 서로 종횡으로 조립되어 하나의 세트를 이룰 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 풍력을 이용한 부유형 물 순환장치.
제1항에 있어서,
상기 중심축(200)은, 상기 부유체(100)의 내부에 삽입된 삽입부분(201)과, 상기 삽입부분(201)에서 상기 부유체(100)의 상측으로 연장된 연장부분(202)으로 구분되고,
상기 한 쌍의 구동축(400)은 동일 축선 상에 설치되며,
상기 삽입부분(201)의 상반부에는, 제1 직경을 갖으며 이가 형성된 피치원추면이 하측을 향하도록 제1 주동 베벨기어(210)가 결합되고, 상기 삽입부분(201)의 하반부에는, 상기 제1 직경보다 큰 제2 직경을 갖으며 이가 형성된 피치원추면이 상측을 향하도록 제2 주동 베벨기어(220)가 결합되며,
상기 한 쌍의 구동축(400) 중 제1 구동축(401)의 단부에는, 상기 제1 주동 베벨기어(210)와 상기 제2 주동 베벨기어(220) 사이의 거리보다 짧은 직경을 갖으며 상기 제1 주동 베벨기어(210)와 제1 기어비로 교차되게 맞물리도록 제1 종동 베벨기어(410)가 결합되고, 제2 구동축(402)의 단부에는, 상기 제1 기어비와 동일한 기어비로 상기 제2 주동 베벨기어(220)와 교차되게 맞물리도록 제2 종동 베벨기어(420)가 결합되는 것을 특징으로 하는 풍력을 이용한 부유형 물 순환장치.
제1항에 있어서,
상기 수차부(500)는, 상기 구동축(400)의 단부에 방사상으로 결합되는 다수의 지지대(510)와, 상기 구동축(400)의 회전방향과 반대방향으로 휘어지게 형성되어 상기 지지대(510)의 단부에 결합되는 다수의 날개편(520)을 포함하여 구성되고,
상기 날개편(520)은, 상기 지지대(510)에 결합되는 날개편(520)의 일측부터 수면에 연속적으로 접촉되면서 물을 밀어내는 것을 특징으로 하는 풍력을 이용한 부유형 물 순환장치.
제3항에 있어서,
상기 날개편(520)의 표면에는, 다수의 강성보강용 뼈대(521)가 돌출형성되고, 상기 강성보강용 뼈대(521) 사이에 물의 저항을 줄이기 위한 다수의 관통홀(522)이 형성되는 것을 특징으로 하는 풍력을 이용한 부유형 물 순환장치.
제1항에 있어서,
단면적이 점점 축소되는 유입유로(610)와, 상기 유입유로(610)와 연결되어 단면적이 일정하게 유지되는 오리피스 유로(620)와, 상기 오리피스 유로(620)와 연결되어 단면적이 점점 확대되는 배출유로(630)가 내부를 따라 연통형성되고, 바람이 불어오는 방향을 향해 자유롭게 회전되도록 상기 부유체(100)의 상부에 결합되는 오리피스 관체(600); 및
내부에 흡입유로(710)가 형성된 관으로, 일단부는 상기 오리피스 유로(620)와 연통되고, 타단부는 상기 부유체(100)를 관통하여 수중에 일정깊이로 잠기도록 설치되는 흡입관(700);을 더 포함하고,
상기 흡입관(700)의 흡입유로(710)에는, 수면과 동일 높이로 물이 채워지며,
바람이 상기 유입유로(610)를 통해 상기 오리피스 유로(620)를 통과하면, 바람의 유속이 증가하면서 상기 오리피스 유로(620) 내에 대기압보다 낮은 부압이 형성되고,
상기 부압에 의해 상기 흡입관(700)의 흡입유로(710)에 차있던 물이 상기 오리피스 유로(620)로 끌어 올려지고 상기 바람의 유동을 따라 상기 배출유로(630)로 토출되면서 수중에 있는 물이 강제적으로 순환되는 것을 특징으로 하는 풍력을 이용한 부유형 물 순환장치.
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